E10-1

Biodisel dari Lemak Hewani (Ayam Broiler) dengan Katalis Kapur Tohor

Tjukup Marnoto, Abdulah Efendi

Jurusan Teknik Kimia, Fakultas teknologi Industri

Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Yogyakarta.

Jln. SWK 104 Lingkar utara Condongcatur, Yogyakarta 55283

Telp/Fax: 0274 486889

Email : tjukup@gmail.com

Abstrak

Teknologi proses pembuatan biodiesel adalah sederhana dan mudah dikenalkan pada masyarakat. Pembuatanbiodiesel dengan menggunakan bahan limbah dan bahan yang mudah didapat, akan mengurangi pencemaran

lingkingan dan dapat meningkatkan kesejahteraan masyarakat. Tulisan ini memaparkan proses pembutan biodiesel

dari miyak (lemak) ayam broiler yang merupakan limbah rumah pemotongan hewan dan spirtus dengan katalis

kapur tohor. Proses dilakukan di dalam reaktor batch tangki berpengaduk. Variabel yang dilakukan adalah waktu

reaksi, suhu dan jumlah katalis. Hasil kajian didapatkan bahwa reaksi transesterifikasi minyak lemak ayam broilerdengan rasio minyak:spirtus 1:6 adalah order satu. Konstante kecepatan reaksi mengikuti persamaan Archenius

dengan nilai faktor tumbukan A= 5,5 x 108 , dan tenaga aktivasi E= 682,4345pada jumlah katalis 5 % dari berat

minyak. Penurunan tenaga aktivasi karena penambahan katalis mengikuti persamaan power. Kondisi yang relatif

baik untuk proses ini adalah suhu operasi 70oC, berat katalis antara 5-6% dari berat minyak, waktu reaksi 90 menit

dengan konversi reaksi antara 0,9105 dan 0,9403. Sifat fisis hasil memenuhi SNI biodisel dan dapat digunakan

sebagai bahan bakar mesin disel.

Keyword’s: biodiesel, fat chicken oil, renewable, energy

I. Pendahuluan

Biodiesel adalah alkyl ester dari rantai panjang

asam lemak yang berasal bahan lemak , seperti minyak

nabati atau lemak binatang. Biodiesel adalah bahan

bakar diesel alternatif dapat diperbaharui dan

berkelanjutan. Manfaat bahan bakar ini dibandingkan

dengan bahan bakar fosil diantaranya yaitu toksisitas

lebih rendah dan hampir nol emisi belerang (J.M.

Marcheti,2008). Bila dibandingkan dengan minyak

solar yang digunakan pada mesin diesel, biodiesel lebih

menurunkan emisi karbon monoksida, sulfur,

hidrokarbon, dan asap pada keluaran proses dan pada

pembakaran biodiesel tidak menambah tingkat level

CO2 pada atmosfer (Qin Shu, dkk. 2006). Biodisel

secara umum dibuat dari transesterifikasi minyak dan

alkohol. Beberapa bahan baku untuk pembuatan

biodisel antara lain minyak kelapa sawit, kedelai, bunga

matahari, jarak pagar, dan beberapa jenis tumbuhan

lainnya (Alonso, et all. 2007; Han, et all. 2005;

Handayani. 2005; Kouzu, et all. 2008; Ni and Meunier.

2007; Xuejun Liu, et all. 2008; Yoeswono, dkk. 2008).

Ada kendala utama dalam pembuatan biodisel yaitu

dari segi bahan baku dan proses pembuatan seperti

penggunaan bahan baku minyak sawit atau minyak

bunga matahari harganya fluktuatif karena bahan

tersebut juga digunakan sebagai bahan pangan sehingga

tidak ekonomis, sedangkan minyak jarak memiliki

kendala pada pasokan bahan baku (Suhaya. 2008).

Penanggulangan masalah tersebut dapat dicari bahan

baku biodisel lain, dan tidak berkompetisi sebagai

bahan makan.

Ayam broiler merupakan salah satu hewan

ternak yang dapat diproduksi dalam waktu singkat (35

– 45 hari) dan peternakan ayam broiler dapat dijumpai

hampir disemua daerah di Indonesia. Di Kabupaten

Sleman jumlah populasi ayam broiler (pedaging)

hampir mencapai 2,4 juta ekor pada tahun 2004 – 2006

(nn, 2007). Berdasarkan informasi dari Rumah Potong

Ayam Saliman (Sleman), bahwa kandungan lemak

ayam broiler sekitar + 10 % berat, dan lemak ayam

broiler belum banyak dimanfaatkan oleh masyarakat

dan sering dibuang sebagai limbah potongan hewan,

ada sedikit dipakai untuk menyalakan api panggang.

Lemak buangan ini dapat dimanfaatkan untuk bahan

Prosiding Seminar Nasional Teknik Kimia “Kejuangan” ISSN 1693 – 4393

Pengembangan Teknologi Kimia untuk Pengolahan Sumber Daya Alam Indonesia

Yogyakarta, 22 Februari 2011

E10-2

pembuatan biodosel dari minyak hewani, hanya saja

pasokan bahan ini terbatas akan tetapi dapat

menanggulangi pencemaran lingkungan dan lebih

bernilai ekonomis. Teknologi pembuatan biodiesel

sebetulnya sangat mudah dan bisa ditransfer ke

masyarakat menengah kebawah dan tidak harus

memiliki keilmuan secara khusus, sehingga teknologi

pambuatan biodisel bisa dimasyarakatkan (Endang dkk,

2010). Oleh itu pembuatan biodisel dari lemak ayam

broiler dapat diaplikasi untuk menanggulangi

pencemaan lingkungan serta menunjang ketahanan

energi kemasyarakatan, untuk keperluan sendiri

dilingkungannya. Tulisan ini akan memaparkan

kinetika dan proses pembuatan biodisel dengan bahan

baku lemak ayam broiler dan spirtus dengan katalisator

kapur tohor. Spirtus sebagai alkohol yang sebagian

besar ethanol, yang murah dan mudah didapat

dipasaran sekitar masyarakat, demikian juga kapur

tohor adalah CaO hasil kalsinasi batu kapur, yang

biasanya dipakai untuk bahan bangunan, juga murah

dan mudah didapat di sekitar masyarakat, Sehingga

teknologi ini sangat mudah, murah dan dalam

aplikasinya sangat bermanfaat terhadap lingkungan dan

dapat meningkatkan nilai ekonomis pemotongan

hewan.

Pada prinsipnya, proses transesterifikasi

adalah mengeluarkan glicerin dari minyak dan

mereaksikan asam lemak bebasnya dengan alkohol

menjadi alkohol ester (Fatty Acid Methyl Ester) atau

biodisel (Yoeswono, dkk, 2008). Spiritus adalah bahan

bakar yang terdiri terdiri dari campuran etanol,

metanol dan minyak tanah (kerosin). Alkohol (metanol

dan etanol) mempunyai sifat aseotrop dengan air

sehingga spiritus mengandung sedikit air, minyak tanah

atau kerosin saling melarutkan dengan ester dan

keduanya tidak larut terhadap air dan gliserol.

Penggunaan gliserol harus dipisahkan dengan katalis

yang digunakan. Rekasi tranesterifikasi minyak dengan

spiritus menggunakan katalis kapur tohor mengikuti

persamaan reaksi sebagai berikut:

Persamaan kecepatan reaksi transesterifikasi dapat

dituliskan sebagai berikut:n

A

m

MM CkCr ! ...1

Secara stochometri perbandingan mol minyak dan

alkohol (1:3) jika alkohol berlebihan (>100%) maka

persamaan kecepatan reaksi dapat ditulis sebagai

berikut:m

MM Ckr ' !...2

Reaksi dijalankan di dalam reaktor berpengaduk secara

batch, dengan neraca massa komponen minyak

disekitar reaktor didapat persamaan sebagai berikut:

MM

m

MMM

Cmkdt

dC

Ckrdt

dC

ln)'ln(ln

'

"! #$

%&'

(

!

...3

mm

M

MMMM

xCkdt

dx

dxCdCxCC

)1('.

)1.(

1

0,

0,0,

!

! )!

! ...4

Dimana CM adalah konsentrasi minyak, t = waktu

reaksi, k’ adalah konstante kecepatan reaksi, x adalah

konversi minyak dan m adalah order reaksi. Apabila

konstante kecepatan reaksi mengikuti persamaan

Archenius , dimana A adalah faktor tumbukan, E

adalah energi aktivasi dan R adalah konstanta gas ideal,

maka persamaan dapat ditulis sebagai berikut:

)/exp(' RTEAk ! ...5

II. Bahan dan Metode

1. Bahan

Bahan yang digunakan dalam penelitian adalah minyak

nyamplung, spiritus dan kapur tohor (CaO).

a. Lemak hewani, didapatkan dari rumah potong

ayam Saliman (Sleman). Hasil análisis

kandungan lemak ayam broiler adalah : Asam

Laurat (C12) = 0.25 %, Asam miristat

(C14) = 0.64 %, Asam palmitat(C16)= 20.95

%, Asam oleat (C18:1)= 47.73 %, Asam

linoleat (C18:2)= 20.42 %, Asam linolenat

(C18:3)= 1.40 %. Berat Molekul lemak ayam

= 936,55.

b. Spiritus, didapat dari pengecer (Toko Chemix

di jalan Seturan, Yogyakarta) Komposisi yang

tertera pada label adalah Etanol 89,45%,

methanol 2,11% dan kerosin 8,44% (%

volume).

c. Katalis kapur tohor adalah (CaO) hasil

kalsinasi batu gamping yang didapat dari

pembakaran batu gamping atau disebut tobong

gamping di jalan Ring-road selatan

Yogyakarta.

2. Alat

Alat-alat yang digunakam dalam penelitian ini

yaitu labu leher tiga sebagai reaktor (batch), pengaduk,

pendingin balik, termometer, water bath. stopwatch,

tachometer dan timbangan elektrik. Skema rangkaian

alat-alat yang digunakan dapat dilihat pada gambar 3.

E10-3

Gambar 1 : skema rangkaian alat proses.

3. Prosedur Kerja

Transesterifikasi minyak hewani dilakukan

dengan memanaskan minyak pada suhu yng divariasi

antara (50 hingga 80*C) di dalam labu. Bersamaan itu

dipanaskan spiritus dan katalisator dengan

perbandingan berat tertentu di dalam erlenmeyer pada

suhu tersebut. Kemudian mereaksikan ke dua reaktan

dengan perbandingan mol antara minyak dan spiritus

1:6 dan diaduk dengan kecepatan pengadukan 2000

rpm, kondisi dijaga konstan. Variasi jumlah katalis

dilakukan antara 3-6% dari berat minyak. Sampel

diambil sebanyak 15 ml, pada selang waktu tertentu,

kemudian lapisan biodisel dipisahkan dari gliserol

menggunakan corong pemisah, dan dicuci dengan

aquadest. Ester dan air pencuci dipisahkan dengan cara

sentrifugasi dengan kecepatan putaran 1600 rpm

selama 15 menit. Hasil biodisel di analisa

menggunakan GC, analisa secara fisik dilakukan

dengan metode-metode ASTM D 1298, D93 dan D97.

III. Hasil dan Pembahasan

Penelitian awal dilakukan untuk meramalkan order

reaksi dengan variasi waktu antara 30 menit sampai

dengan 150 menit. Data yang diperoleh pada

konsentrasi awal minyak 0.729805 mol/lt, mol rasio

minyak dan spirtus 1:6, suhu 70oC dan berat katalis 5 %

dari berat minyak, adalah hubungan waktu dan

konversi minyak dapat dilihat pada gambar 2.

Gambar 2: Konversi reaksi dan konsentrasi minyak

dalam reator setiap waktu proses.

Berdasarkan data tersebut dengan merujuk persamaan 4

didapatkan nilai m=1,0386≈1, sehingga dapat

disimpulkan bahwa reaksi transesterifikasi minyak

lemak hewani dengan katalis kapur tohor adalah order

satu. Maka perhitungan selanjutnya persamaan 3 dapat

dievaluasi sebagai berikut:

tkxdtkx

dx

dxCdCxCC MMMM

'.)1ln('.)1(

)1.( 0,0,

!!) !

! )!

... 5

t

xk

)1ln('

!!

...6

Variabel suhu operasi dilakukan dengan perbandingan

mol reaktan 1:6, pengadukan 2000 rpm, katalist 5 %

dan waktu 90 menit. Gambar 3 adalah data konversi

minyak dan konstante kecepatan reaksi pada berbagai

suhu. Kenaikan suhu operasi akan menaikkan koversi

minyak yang bereaksi, namun pada suhu 80oC, ternyata

terjadi penurunan. Titik didih normal spirtus (etanol)

adalah 78oC, maka pada suhu tersebut (80

oC) sebagian

spirtus akan berubah fase menjadi fase uap dan lolos

dari sistem reaksi, maka kontak antara spirtus dan

minyak maupun katalis akan berkurang, sehingga

menyebabkan konversi menurun. Apabila konstante

kecepatan reaksi mengikuti persamaan Archenius,

maka dengan data pada gambar 3 dapat dievaluasi

persamaan konstante kecepatan reaksi seperti pada

persamaan 7. Dimana frekwensi tumbukan A= 5,5.108

;

energi aktivasi E= 682,4345 dengan R = 0,082057

lt.atm/(mol.oK) dan T pada derajat Kelvin.

Perbandingan nilai konstante kecepatan reaksi (k’) data

dan hasil perhitungan tidak jauh berbeda dan dapat

dilihat pada gambar 4.

#$

%&'

( !

TRexk .

4345,826

8105,5'…7

Gambar 3 : Konversi dan Konstante kecepatan reaksi

pada berbagai suhu operasi.

Keterangan:

1. Labu leher tiga

2. Termometer

3. Pengaduk

merkuri

4. Waterbath

5. Motor

pengaduk

6. Pendingin balik

7. Statif dan klem

E10-4

Gambar 4 : Perbandingan k-data dan k hasil

perhitungan pada berbagai suhu operasi.

Data pengaruh penggunaan berat katalis yang

dilakukan pada rasio mol minyak:spiritus 1:6,

pengadukan 2000 rpm dan temperatur operasi 70 *Cdan waktu reaksi 90 menit, adalah konversi minyak dan

konstante kecepatan reaksi pada berbagai berat katalis

dalam presen berat dari berat minyak hewani,

ditunjukan pada gambar 5. Katalisator berfungsi

sebagai pengarah hasil reaksi dan menurunkan energi

aktivasi, sehingga dapat meningkatkan konstante

kecepatan reaksi dan mempercepat reaksi. Penurunan

energi aktivasi tidak linier terhadap penambahan

jumlah katalis (gambar 6) melainkan mengikuti

persamaan power. Gambar 6 menunjukan bahwa

perbandingan energi aktivasi (E) data dengan hasil

perhitungan dengan persamaan regresi tidak jauh

berbeda, sehingga dapat dikatakan penurunan energi

aktivasi terhadap penambahan katalisator mengikuti

persamaan 8. Namun demikian penambahan katalisator

padat (kapur tohor) juga akan mengurangi jumlah

gliseror yang dihasilkan, karena sebagian tersuspensi di

dalam katalis, maka pengunaan katalis perlu dibatasi.

Merujuk hubungan konversi minyak yang bereaksi

terhadap penembahan katalis, pada berat katalis diatas

5 % terjadi titik belok dan pada 6% konversi hanya

sedikit kenaikan, maka penggunaan katalis kapur tohor

yang baik antara 5-6% dari berat minyak.

096,0.53,786 ! WE…8

Gambar 5 : Konversi dan Konstante kecepatan reaksi

pada berbagai berat katalis.

Gambar 6 : Perbandingan Energi aktivasi (E) data dan

hasil perhitungan pada berbagai berat katalis.

Merujuk pembahasan-pembahasan tersebut diatas

dapat, bahwa proses transesterifikasi minyak hewani

(lemak ayam broiler) dengan spirtus, menggunakan

katalis kapur tohor dengan reaktor batch tangki

berpengaduk, kondisi yang relatif baik pada rasio

minyak:spirtus 1:6, suhu operasi dibawah titik didih

spirtus yaitu antara 70oC, berat katalis antara 5-6% dari

berat minyak dan waktu reaksi adalah 90 menit. Pada

kondisi tersebut konversi minyak yang bereaksi antara

0,9105 dan 0,9403.

Hasil-hasil biodisel untuk keperluan bahan bakar

biodisel dilakukan analisis sifat fisis diantaranya adalah

Densitas atau Specific gravity (spgr), Flash point dan

Freeze Point dan Viskositas, dan hasil sifat –sifat fisis

biodisel ditunjukkan pada tabel 1. Berdasarkan dari

batas-batas (minimum dan maksimum) menurut

standard SNI biodisel 04-7182-2006, maka biodisel ini

memenuhi standard SNI dan memenuhi syarat untuk

bahan bakar mesin disel.

E10-5

Tabel 1. Sifat Fisis biodiesel dari minyak ayam broiler

No

. Sifat Fisis biodiesel

Hasil

analisa

SNI

04-7182-2006 Metode Analisa

1. Viskositas kinematik 40 °C, cst 1,42 2,3-5,0 ASTM D 445

2. Flash point, °C 195 Min 100 ASTM D 93

3. Pour Point, °C 5 ≤18 ASTM D 97

4. Spgr,60/60°C, kg/m3

0,853 0,850-0,890 ASTM D 1298

IV. Kesimpulan

1. Proses pembuatan biodisel dari minyak hewani

(lemak ayam broiler) dan spiritus dengan

katalisator kapur tohor dapat dilakukan dengan

reaktor batch.

2. Reaksi transesterifikasi lemak hewani dan spirtus

dengan rasio minyak:spirtus 1:6 mengikuti reaksi

order satu.

3. Persamaan konstante kecepatan reaksi mengikuti

persamaan Archenius dengan nilai frekwensi

tumbukan A= 5,5 x 108

, pada jumlah katalis 5 %

dari berat minyak, niali E= 682,4345.

4. Penurunan energi aktivasi terhadap jumlah katalis

mengikuti persamaan096,0.53,786 ! WE

.

5. Kondisi yang relatif baik yaitu rasio

minyak:spirtus 1:6, suhu operasi 70o

C, berat katalis

antara 5-6% dari berat minyak dan waktu reaksi 90

menit. Pada kondisi tersebut konversi minyak yang

bereaksi antara 0,9105 dan 0,9403.

6. Ester-ester yang dihasilkan berdasarkan sifat fisik

memenuhi sebagai bahan bakar biodisel.

7. Kualitas biodisel darilemak ayam broiler adalah:

viskositas kinematik 40oC = 1,42 mm/cst, specifikgrafity 60/60

oC = 0,853, Flash point = 195°C dan

Pour Point = 5 °C, nilai-nilai tersebut memenuhi

batas-batas minimum dan maksimum dari bahan

bakar mesin disel.

8. Teknologi ini sangat mudah dan murah, serta dapat

ditransfer ke masyarakat pemootongan hewan,

dengan bahan-bahan dan alat yang mudah didapat.

9. Aplikasi teknologi ini kepada masyarakat dapat

mengurangi limbah dan meningkatkan nilai

ekonomis rumah pemotongan hewan, serta

meningkatkan ketahanan energi nasional.

Pustaka

Alonso, D.M., Mariscal, R., Moreno-Tost,R., Poves,

Z.M.D., Granados M.L. 2007, Potassium

leaching during triglyceride transesterification

using K/c-Al2O3 catalysts, Catalysis

Communications 8: 2074–2080

Anonim, 2007, Number of Bird per District in Sleman

Regency 2004 – 2006, Laporan Tahunan

Kabupaten Sleman, Yogyakarta.

Endang Sulistyowati, Tjukup Marnoto, Zubaidi

Ahmad, Octavrari Wawey Mara, Indah

Fajarina, 2010, Pembuatan Biodisel dari

Minyak Nyamplung (Callophyllum

inophyllum) dan Spirtus dengan, Katalisator

Kapur Tohor untuk Memasyarakatkan

Ketehanan Energi Nasional, Laporan

Penelitian Hibah Kompetensi A-2 Jurusan

Teknik Kimia UPN “ VETERAN “

Yogyakarta

Han, H., Chao, W. & Zhang, J. 2005. Preparation of

biodisel from soybean oil using supercritical

methanol and CO2 as cosolvent. ProcessBiochemistry 40:3148 - 3151

Handayani,T. 2005. Pembuatan Drying Oil dari

Minyak Jarak. Fakultas Teknologi Industri,

ITB, Bandung.

Kouzu, M., Kasuno, T., Tajika, M., Sugimoto, Y.,

Yamanaka, S., Hidaka,J. 2008. Calcium oxide

as a solid base catalyst for transesterification

of soybean oil and its application to biodisel

production. Fuel 87: 2798–2806.

Marchetti, J.M., Miguel, V.U. & Errazu, A.F. 2008.

Techno-economic study of different

alternatives for biodiesel production. FuelProcessing Technology 89: 7 4 0 – 7 4 8.

Ni, J. & Meunier, F.C. 2007. Esterification of Free

Fatty Acids in Sunflower Oil Over Solid acid

Catalysts Using Batch and Fixed bed-reactors.

Applied Catalysis A: General 333, hal.122–

130.

Qing S., Bolun .Y, Hong .Y, Song .Q, and Gangli .Z.

2007. Synthesis of Biodiesel from Soybean Oil

and Methanol Catalyzed by Zeolite Beta

Modified with La3+. Catalysis

Communications 8 page 2159–2165.

Suhaya, D. 2008, Para Kandidat Biodisel,

www/dedesuhaya.blogspot.com (akses Juli

2008)

Xuejun Liu., Huayang He., Yujun Wang., Shenlin

Zhu., Xianglan Piao. 2008. Transesterification

of soybean oil to biodiesel using CaO as a

solid base catalyst. Fuel 87: 216–221

Yoeswono., Triyono. & Iqmal Tahir. 2008. Kinetics of

Palm Oil Transesterification in Methanol with

Potassium Hydroxide as a Catalyst. Indo. J.

Chem., 8 (2): 219 – 225.